Працавала вядучым спецыялістам, затым начальнікам упраўлення дзяржаўнага і міжнароднага права Галоўнага дзяржаўнага прававога ўпраўлення Адміністрацыі прэзідэнта Рэспублікі Беларусь. У 2001 годзе стала прэс-сакратаром Аляксандра Лукашэнкі, у 2004 годзе – намеснікам кіраўніка прэзідэнцкай адміністрацыі.

У 2004–2010 гадах намеснік, затым – першы намеснік кіраўніка Адміністрацыі прэзідэнта Беларусі. 9 студзеня 2009 года прызначана першым намеснікам кіраўніка Адміністрацыі прэзідэнта Рэспублікі Беларусь. Гэтую пасаду займала да 28 снежня 2010 года. У 2010–2014 гадах працавала памочнікам прэзідэнта Рэспублікі Беларусь. 1 кастрычніка 2014 года Аляксандр Лукашэнка сваім распараджэннем вызваліў Наталлю Пяткевіч ад гэтай пасады.